JP2009504991A - Liquid pump control system - Google Patents
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Abstract
燃料または添加剤のポンプ制御システムは、通信手段を介してエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）と通信する、燃料または添加剤のシステム制御ユニット（ＦＳＣＵ）を具備している。前記ＦＳＣＵは、所望する燃料または添加剤圧力を算出するための前記ＥＣＵからのデータを使用する手段と、前記所望する燃料または添加剤圧力と実際の燃料または添加剤圧力とを比較する手段と、燃料または添加剤のポンプ制御信号を生成する手段を具備する。 The fuel or additive pump control system includes a fuel or additive system control unit (FSCU) that communicates with an engine control unit (ECU) via communication means. The FSCU includes means for using data from the ECU to calculate a desired fuel or additive pressure; means for comparing the desired fuel or additive pressure with an actual fuel or additive pressure; Means for generating a fuel or additive pump control signal.
Description
本発明は、液体のポンプ制御システムに関する。本願は、２００５年１２月１６日に出願された米国仮出願６０／７５１３４３の優先権を主張するとともに、引用によって本明細書に組み込まれる。 The present invention relates to a liquid pump control system. This application claims priority to US Provisional Application 60 / 751,343, filed December 16, 2005, and is incorporated herein by reference.
現在の燃料システムは、車両走行中にフル出力で燃料ポンプを稼動し、エンジンに一定の燃料圧力を供給するために、機械式圧力調節器を利用する。フル出力で前記燃料ポンプを稼動することは、車両の電気システムへの書き込みが増大するために無駄が多く、それによって、燃料の経済性が低下する。加えて、電流分配燃料圧力は一定であるので、前記エンジンは、すべてのエンジン条件において最高の性能を実現するために、より大きな噴射器を必要とする。また、現在使用される機械式圧力調節器は、前記システムのコストを増やす。 Current fuel systems utilize a mechanical pressure regulator to operate the fuel pump at full power while the vehicle is running and to supply a constant fuel pressure to the engine. Operating the fuel pump at full power is wasteful due to increased writing to the vehicle's electrical system, thereby reducing fuel economy. In addition, since the current distribution fuel pressure is constant, the engine requires a larger injector to achieve the best performance under all engine conditions. Also, currently used mechanical pressure regulators increase the cost of the system.
特許文献１は、「可変圧力回送燃料レールの燃料のポンプ制御システム」について開示している。このシステムは、前記燃料ポンプへの出力を変化させることを通じて可変圧力システムを特徴付ける。供給される出力量は、ＥＣＵ（エンジン制御ユニット）によって制御される。このＥＣＵは、所望の燃料レール圧力を決定し、かつ、取得するために、スロットル開度と、種々の絶対圧力と、エンジン速度と、燃料レール圧力とを必要とする。
この中央制御は、必要とする配線の数量を増大し、かつ、前記ＥＣＵの処理能力に負荷をかけ、信頼性を低下させる。
This central control increases the number of necessary wirings and places a load on the processing capability of the ECU, thereby reducing reliability.
本発明は、前記燃料システムの制御を完全に異なる制御ユニット、すなわち、ＦＳＣＵ（燃料システム制御ユニット）に分離することを目的とする。 The object of the present invention is to separate the control of the fuel system into completely different control units, ie FSCUs (fuel system control units).
また、前記燃料ポンプのための限定された変数（例えば、２または３速）の速度制御システムを備えたその他のシステムが開示されている。それらのシステムは、前記燃料ポンプの引き出す出力を低減し、かつ、圧力調節器を不要とすることを目的とする。しかし、それらのシステムは、専用の制御ユニットを備えた前記ポンプの出力を連続的に制御しない。 Other systems with limited variable (eg, 2 or 3 speed) speed control systems for the fuel pump are also disclosed. These systems aim to reduce the output of the fuel pump and eliminate the need for a pressure regulator. However, these systems do not continuously control the output of the pump with a dedicated control unit.
本願発明は、前記ポンプ出力の連続的な可変制御を処理し、かつ、前記燃料ポンプが生成可能とする、あらゆる燃料圧力を対象とすることができる。 The present invention can be directed to any fuel pressure that handles continuous variable control of the pump output and that can be generated by the fuel pump.
信頼性は、前記ＥＣＵから前記燃料システムの制御を隔離し、前記ＥＣＵに対する負荷を減少することで増大する。 Reliability is increased by isolating control of the fuel system from the ECU and reducing the load on the ECU.
コストは、機械式調節器を不要とし、かつ、演算のためのレール圧力と、ポンプ制御とをオンボード診断（ＯＢＤ）及び排気機能を実行するユニットに組み合わせることによって低減される。 Costs are reduced by eliminating the need for mechanical regulators and combining rail pressure for computation and pump control into a unit that performs on-board diagnostic (OBD) and exhaust functions.
一体化の容易性は、ドロップインタイプ（drop-in type）に近いシステムによって改善される。
このシステムは、前記車両のＥＣＵ及び特定の搭載センサから分離されるため、モジュール性及び柔軟性は高い。このことによって、本発明システムは、さまざまなプラットフォーム及びＯＥＭの多種多様な車両に、ほぼターンキー方式で組み込まれることが可能である。
The ease of integration is improved by a system close to the drop-in type.
Since this system is separated from the ECU of the vehicle and a specific mounted sensor, the modularity and flexibility are high. This allows the system of the present invention to be integrated in a variety of platforms and OEMs in a wide variety of vehicles in a substantially turnkey fashion.
同様の問題は、排気ガスに含まれるＮＯｘのＳＣＲ（選択的触媒還元）を目的としてエンジンの排気ガスに投入される添加剤の注入時に生じる可能性がある。なぜなら、排気ガスに投入する添加剤の計量には、通常、ポンプと同様に制御装置も使用するからである。このような添加剤は、例えば、尿素のようなアンモニア性前駆体（通常は水溶液）である。前記ＥＣＵからこの制御を切り離すこともまた、車両機能に柔軟性及び信頼性を付加できる。そして、所望の圧力にポンプ速度を適用できることもまた、このシステムの経済性を増す。 Similar problems may occur when injecting an additive that is introduced into the engine exhaust gas for the purpose of SCR (selective catalytic reduction) of NOx contained in the exhaust gas. This is because the control device is usually used in the same manner as the pump for measuring the additive added to the exhaust gas. Such additives are, for example, ammoniacal precursors (usually aqueous solutions) such as urea. Decoupling this control from the ECU can also add flexibility and reliability to the vehicle function. And the ability to apply the pump speed to the desired pressure also increases the economics of the system.
このため、燃料または添加剤のポンプ制御システムに関する本発明は、燃料または添加剤のシステム制御ユニット（ＦＳＣＵ）と、通信手段を介するエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）との通信を組み合わせたものである。前記ＦＳＣＵは、所望する燃料または添加剤圧力の算出に前記ＥＣＵからのデータを使用する手段と、所望する燃料または添加剤圧力と実際の燃料または添加剤圧力とを比較する手段と、燃料または添加剤ポンプ制御信号を生成する手段を具備する。 For this reason, the present invention relating to a fuel or additive pump control system combines communication between a fuel or additive system control unit (FSCU) and an engine control unit (ECU) via communication means. The FSCU includes means for using data from the ECU to calculate a desired fuel or additive pressure, means for comparing the desired fuel or additive pressure with actual fuel or additive pressure, fuel or additive Means for generating an agent pump control signal.
本発明によると、前記燃料または添加剤のポンプ制御システムは、燃料または添加剤のシステム制御ユニット（ＦＳＣＵ）に一体化されたものである。前記ＦＳＣＵは、燃料または添加剤のシステムの運転状況及び動作パラメータを管理できる。 According to the present invention, the fuel or additive pump control system is integrated into a fuel or additive system control unit (FSCU). The FSCU can manage the operating status and operating parameters of the fuel or additive system.
一般に、前記ＦＳＣＵは、
１）前記燃料または添加剤のシステムの機能を制御するための手段を備え、
２）少なくとも一つの前記部品からの信号を送受信するため、少なくとも一つの燃料または添加剤のシステム部品に接続され、
３）前記ＦＳＣＵ、及び/又は、前記ＥＣＵに信号を送信する少なくとも一つのセンサに接続され、
４）前記ＥＣＵとの電子的かつ双方向的な通信に適合している。
In general, the FSCU is
1) comprises means for controlling the function of the fuel or additive system;
2) connected to at least one fuel or additive system component for transmitting and receiving signals from at least one said component;
3) connected to at least one sensor that transmits a signal to the FSCU and / or the ECU;
4) Suitable for electronic and bidirectional communication with the ECU.
前記ＦＳＣＵは、スタンドアロンの制御装置であって、前記ＥＣＵとは異なり、前記ＥＣＵからの前記燃料または添加剤のシステム制御を引き継ぐ。すなわち、前記ＥＣＵは、前記燃料システムをもはや直接制御しない。また、前記ＦＳＣＵは、前記ＥＣＵと通信し、前記ＥＣＵにすべての燃料システム損傷を示す。 The FSCU is a stand-alone control device and, unlike the ECU, takes over the system control of the fuel or additive from the ECU. That is, the ECU no longer directly controls the fuel system. The FSCU also communicates with the ECU and indicates all fuel system damage to the ECU.
一般に、燃料システムは、燃料タンク及びその他の部品、つまり、燃料ポンプ（前記燃料タンク壁の開口部を介して前記燃料タンクから燃料を抜き出すとともに、排出する）、燃料蒸気容器（前記燃料タンクに出入りする空気または燃料蒸気が移動することによる）、１又は複数の蒸気または回転弁（前記燃料蒸気容器と連動する）またはその他の燃料システム部品を組み合わせる。一般に、添加剤システムはポンプを具備し、さらに、そのポンプは、容器と少なくとも一つの排気（Venting）も具備する。 In general, a fuel system includes a fuel tank and other components, that is, a fuel pump (withdrawing and discharging fuel from the fuel tank through an opening in the fuel tank wall) and a fuel vapor container (withdrawing into and out of the fuel tank). Combine one or more steam or rotary valves (in conjunction with the fuel vapor container) or other fuel system components. In general, the additive system includes a pump, which further includes a container and at least one venting.
前記ＦＳＣＵは、前記エンジンの通常運転及び過渡的な運転状況の間に、すべての部品の運転を制御するとともに、前記運転に関するパラメータを受信し、かつ、前記部品を機能させるように情報を送信する。一般に、本制御は、以前には、前記ＥＣＵまたは各部品専用の電子制御装置（例えば、燃料ポンプ管理のために特定の制御装置が存在する）によって実施された。前記燃料または添加剤システムの制御負荷は、前記ＦＳＣＵに切り替えられている。本発明によると、一つのＦＳＣＵだけで前記燃料及び前記添加剤の噴射の両方を制御するものである。換言すると、特定の燃料用ＦＳＣＵ及び添加剤（またはＡＳＣＵ）用の分離型制御装置が存在する。そして、最後になるが、本発明によると、本発明は、制御装置に配置される前記燃料システム及び添加剤システムの一つにも関連する。簡便のため、これ以降の明細書では、前記燃料についてのみ記載されるが、燃料システムも対象に含まれると理解されるべきである。 The FSCU controls the operation of all components during normal and transient operating conditions of the engine, receives parameters related to the operation, and transmits information to make the components function. . In general, this control was previously performed by the ECU or an electronic control device dedicated to each component (for example, a specific control device exists for managing the fuel pump). The control load of the fuel or additive system is switched to the FSCU. According to the present invention, both the fuel and the injection of the additive are controlled by only one FSCU. In other words, there is a separate controller for a specific fuel FSCU and additive (or ASCU). And finally, according to the present invention, the present invention also relates to one of the fuel system and the additive system arranged in the control device. For simplicity, the following specification will only describe the fuel, but it should be understood that the fuel system is also included.
前記ＦＳＣＵは、好ましくは、前記燃料システムに組み込まれたセンサと電気的に接続される。一般に、燃料システムセンサの中には、燃料レベルセンサ、温度センサ、圧力センサ、炭化水素蒸気センサ、１又は複数のＯＢＤ（オンボード診断）センサがある。その他のタイプのセンサも、本リストの一部となりえる。これらのセンサは、センサのデータを前記ＦＳＣＵに送信するように、適切な電気的配線によって、前記ＦＳＣＵに接続される。 The FSCU is preferably electrically connected to a sensor incorporated in the fuel system. In general, fuel system sensors include a fuel level sensor, a temperature sensor, a pressure sensor, a hydrocarbon vapor sensor, and one or more OBD (on-board diagnostic) sensors. Other types of sensors can also be part of this list. These sensors are connected to the FSCU by appropriate electrical wiring to transmit sensor data to the FSCU.
前記ＦＳＣＵは、限られた数のワイヤを介して、前記ＥＣＵを含む複数の車両制御システムと情報を送受信する。前記情報は、例えば、前記燃料タンク内の燃料の量（燃料レベルセンサから返される）、前記燃料噴射器のパルス幅（どの程度の燃料噴射が必要であるかが示される）、前記容器に関しパージ状況が合致するかどうかを示す信号などを、前記ＦＳＣＵと前記ＥＣＵとの間で交換する。 The FSCU transmits / receives information to / from a plurality of vehicle control systems including the ECU via a limited number of wires. The information includes, for example, the amount of fuel in the fuel tank (returned from a fuel level sensor), the pulse width of the fuel injector (which indicates how much fuel injection is required), and the purge for the vessel A signal indicating whether the situation matches is exchanged between the FSCU and the ECU.
また、前記ＦＳＣＵは、燃料システム部分に故障がないかどうか、または、例えば、システム内の液体燃料漏れまたは圧力損失によって示される、蒸発ガス制御システムに故障がないかどうか、について決定するために用いられるＯＢＤセンサからの信号を受信する。これらの故障状況は、液体燃料または炭化水蒸気の前記燃料システムからの排出の結果である。また、ＯＢＤセンサは、前記燃料タンク内の真空状況を示すことができる。
本発明によると、前記ＦＳＣＵは、燃料ポンプ制御装置を一体化したものである。
The FSCU is also used to determine whether there is a failure in the fuel system part or whether there is a failure in the evaporative gas control system, as indicated by, for example, liquid fuel leakage or pressure loss in the system. Receive signals from the OBD sensor. These fault conditions are the result of the discharge of liquid fuel or carbonized water vapor from the fuel system. The OBD sensor can indicate a vacuum state in the fuel tank.
According to the present invention, the FSCU is an integrated fuel pump control device.
本発明の１実施形態では、前記ＦＳＣＵは、所望する燃料圧力と実際の燃料圧力との間の差を演算するための比例・微分・積分（ＰＩＤ）補正アルゴリズムに基づくソフトウエアを有する制御装置を備えており、前記燃料ポンプ制御信号を変更するためのＰＩＤパラメータを算出するために、以前の演算からの情報とともに前記差分を使用する。本信号は、前記燃料ポンプに供給される前記電力を制御する。前記ＰＩＤアルゴリズムは、誤差比例と、誤差の積分値（時間経過にともなう合計誤差）と、誤差の微分値（誤差の変化率）とを取り、これらを組み合わせて、出力を補正し、誤差を除去する。 In one embodiment of the present invention, the FSCU includes a controller having software based on a proportional, differential, and integral (PID) correction algorithm for calculating a difference between a desired fuel pressure and an actual fuel pressure. And use the difference together with information from previous calculations to calculate a PID parameter for changing the fuel pump control signal. This signal controls the power supplied to the fuel pump. The PID algorithm takes error proportionality, error integral value (total error over time), and error differential value (error change rate), and combines them to correct the output and remove the error. To do.
所望の燃料圧力の算出に使用するデータは、一般に、スロットル開度と、エンジン負荷と、エンジン冷却水温度と、給気温度と、車両バス通信上のその他の潜在的に取得可能な信号と、である。スロットル開度とエンジン負荷の入力値とは、ＯＥＭ（相手先商標による製造メーカー）の選択によりネットワークバス上で使用され、送信されるセンサにかかわらず抽出してもよい。ついで、目標とする燃料圧力及び現在の燃料圧力は、どのようなエンジン作動上の調整もなされるように、前記ＥＣＵに返信される。
具体的には、前記制御システムは、燃料ポンプへの出力電気信号を生成するために前記ポンプ制御信号に応答する出力ドライバ手段を有している。
The data used to calculate the desired fuel pressure generally includes throttle opening, engine load, engine coolant temperature, charge air temperature, and other potentially obtainable signals on vehicle bus communication, It is. The throttle opening and the input value of the engine load may be extracted regardless of the sensor that is used on the network bus and selected by the OEM (manufacturer under the original trademark). The target fuel pressure and the current fuel pressure are then returned to the ECU so that any engine operating adjustments can be made.
Specifically, the control system includes output driver means responsive to the pump control signal to generate an electrical output signal to the fuel pump.
本発明の１実施形態では、前記ＦＵＳＣは、前記燃料噴射器への燃料運搬のために前記ＥＣＵからの要求に従って生成される、パルス幅変調（ＰＷＭ）可変デューティサイクル信号または可変電圧信号によって、前記燃料ポンプにおける電気出力の利用を制御する。したがって、前記ＦＳＣＵに前記燃料ポンプ排出口圧力を表示させるため、前記燃料ポンプ排出口と通信する、少なくとも一つのアナログセンサが配置される。 In one embodiment of the invention, the FUSC is generated by a pulse width modulation (PWM) variable duty cycle signal or a variable voltage signal that is generated according to a request from the ECU for fuel delivery to the fuel injector. Controls the use of electrical output in the fuel pump. Accordingly, at least one analog sensor in communication with the fuel pump outlet is disposed to cause the FSCU to display the fuel pump outlet pressure.
また、前記ＦＳＣＵは、前記燃料ポンプの制御機能以外にも、その他の制御機能を具備している。
前記制御機能は、オンボード診断と、排気（Venting）とを具備してもよい。
The FSCU has other control functions besides the control function of the fuel pump.
The control function may include on-board diagnosis and exhaust (Venting).
また、前記ＦＳＣＵは、前記燃料システムにおける蒸気管理を制御することもできる。前述のように、前記燃料蒸気容器のパージは、前記ＦＳＣＵの制御下で行う。この制御は、前記容器と前記エンジン給気システムとを連絡する空気抜き制御弁（例えば、電磁アクチュエータを有する３方向切替弁）を介して処理される。前記アクチュエータは、前記容器と前記給気システムとを接続するため、既定の前記エンジン作動状況に基づいてパージ制御弁を開き、これによって、前記容器を介してパージガス気流を生成する。 The FSCU may also control steam management in the fuel system. As described above, the fuel vapor container is purged under the control of the FSCU. This control is processed through an air vent control valve (for example, a three-way switching valve having an electromagnetic actuator) that communicates the container and the engine air supply system. The actuator opens a purge control valve based on a predetermined engine operating condition to connect the container and the air supply system, thereby generating a purge gas flow through the container.
また、本発明のその他の実施形態によると、前記ＦＳＣＵは、具体的には、前記燃料システムの蒸気排出と、添加剤注入システムと、キャップレスフィルヘッド（Capless fill head）とを制御する前記燃料タンクの燃料補給状態を表示するための継電器（例えば、電磁継電器）も有する。 According to another embodiment of the present invention, the FSCU specifically controls the fuel system vapor discharge, additive injection system, and capless fill head to control the fuel. It also has a relay (for example, an electromagnetic relay) for displaying the fuel supply state of the tank.
また、好ましくは、前記ＦＳＣＵは、前記車両ＣＡＮバスを介して前記ＥＣＵと通信する。なぜなら、この通信媒体は、電子的なバグの影響を受けにくいからである。前記ＥＣＵは、このマルチバスを通じて、前記ＦＳＣＵに、メッセージを送信する。これによって、前記燃料ポンプは、燃料ポンプ速度が可変である場合に前記燃料ポンプの出力圧力を制御し、車両事故の場合には前記燃料ポンプを無効とし、前記蒸気容器のパージを制御し、周辺温度を表示し、エンジン温度を表示し、かつ、ＯＢＤセンサなどの１又は複数のセンサからの情報を要求することが可能となる。 Preferably, the FSCU communicates with the ECU via the vehicle CAN bus. This is because this communication medium is not easily affected by electronic bugs. The ECU transmits a message to the FSCU through the multibus. Thus, the fuel pump controls the output pressure of the fuel pump when the fuel pump speed is variable, disables the fuel pump in the event of a vehicle accident, controls the purge of the steam container, It is possible to display temperature, display engine temperature, and request information from one or more sensors such as OBD sensors.
前記ＦＳＣＵは、５ボルトなどの低電力マイクロプロセッサであることが好ましい。このタイプのマイクロプロセッサは、好ましくは、１２８キロバイトのＲＯＭ、４キロバイトの揮発性メモリ及び２キロバイトの非揮発性メモリが割り当てられる。 The FSCU is preferably a low power microprocessor such as 5 volts. This type of microprocessor is preferably allocated 128 kilobytes of ROM, 4 kilobytes of volatile memory and 2 kilobytes of non-volatile memory.
１ エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）
２ スロットル開度
３ 負荷
４ エンジン冷却水温度
５ 給気温度
６ 燃料のシステム制御ユニット（ＦＳＣＵ）
７ 実際の燃料圧力
８ 燃料圧力の算出
９ 所望の燃料圧力
１０ ＰＩＤ（比例・微分・積分）補正アルゴリズム
１１ フィードバック
１２ その他の制御機能
１３ 通信バス
１４ 燃料ポンプ出力値
１５ 燃料ポンプ
1 Engine control unit (ECU)
2
7
Claims (10)
前記ＦＳＣＵ６は、
所望の燃料または添加剤の圧力を算出するために前記ＥＣＵからのデータを使用する手段８と、
前記所望の燃料または添加剤圧力９と実際の燃料または添加剤の圧力７とを比較する手段１０と、
燃料または添加剤のポンプ制御信号を生成する手段と、
を具備することを特徴とする燃料または添加剤のポンプ制御システム。 A fuel or additive pump control system integrated into a fuel or additive system control unit (FSCU) 6 and communicating with the engine control unit 1 via a communication means 13,
The FSCU 6
Means 8 for using data from the ECU to calculate the pressure of the desired fuel or additive;
Means 10 for comparing said desired fuel or additive pressure 9 with actual fuel or additive pressure 7;
Means for generating a fuel or additive pump control signal;
A fuel or additive pump control system comprising:
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